CẤU TRÚC BÀI DỰ THI

I. Thông tin chung về Đội thi:

- Đội thi: SMARTFIRE

- Giáo viên: Nguyễn Thị Thanh Huyền – Trường THPT Mỹ Lộc – SĐT 0948407502

Email: thanhhuyen796@gmail.com

- Đơn vị đăng ký: Trường THPT Mỹ Lộc

- Tỉnh – Thành phố: Thành phố Nam Định – Tỉnh Nam Định

II. Đề tài/ Giải pháp: THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG NHÀ BẾP

III. Giới thiệu Đội thi:

STT

Họ và Tên

Trường

Lớp

Vai trò trong đội

Đặng Thế Sơn

THPT Mỹ Lộc

11A1

Nhóm trưởng

Nguyễn Công Minh

THPT Mỹ Lộc

12A2

Thành viên

IV. Ý nghĩa Tên Đội thi:

Smart - là thông minh

Fire - là ngọn lửa - biểu tượng của căn bếp

SmartFire để chỉ một căn bếp thông minh.

V. Tôn chỉ làm việc của Đội:

Thành công không ngại thử thách

Đoàn kết giữ vững tinh thần

Quan tâm lắng nghe cùng nhau chia sẻ.

VI. Mục lục bài dự thi:

1. Đề tài dự thi: THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG NHÀ BẾP

2. Lý do chọn đề tài

- Hiện nay trên thị trường đã có nhiều thiết bị thông minh trong nhà bếp nhưng

chúng chưa có sự liên kết và tích hợp với nhau dẫn đến sự cồng kềnh trong căn bếp

kèm theo đó là giá thành khá cao. Hơn nữa việc sử dụng các thiết bị thông minh là một

nhu cầu trong cuộc sống hiện đại.

- Mặt khác căn bếp gia đình không chỉ là nơi ăn uống, nấu nướng mà còn là không

gian sinh hoạt, quây quần, nạp năng lượng của các thành viên sau những phút giây làm

việc, học tập, vui chơi. Chắc hẳn, không gian nhà bếp cũng là nơi được lui tới và sử

dụng nhiều nhất với mỗi gia đình. Do đó, việc đầu tư cho căn bếp thêm tiện nghi hơn,

hiện đại hơn với những món đồ gia dụng, thiết bị nhà bếp chất lượng cao là điều cần

thiết.

- Để khắc phục điều đó, bằng chính khả năng của mình, chúng em đã nghiên cứu,

tìm tòi và cùng nhau xây dựng nên 01 sản phẩm “Thiết bị thông minh trong nhà bếp”

nhằm mang lại những tính năng cũng như sự tích hợp tuyệt vời đem đến sự trải nghiệm

mới cho những người nội trợ.

3. Phương pháp tìm hiểu vấn đề

3.1. Hệ thống làm mát

- Hệ thống làm mát là hệ thống thông minh và hiện đại, có khả năng làm mát

giúp không gian căn phòng trở nên thoáng đãng, mát mẻ hơn và tiện nghi hơn.

- Với các thiết kế nhà hiện nay đều là nhà cao tầng, chung cư khép kín. Nên

không gian trong nhà thường rất ngột ngạt, nóng bức. Biện pháp cho điều này chính là

các hộ gia đình thường sử dụng hệ thống làm mát.

3.1.1. Hệ thống làm mát có lợi ích gì?

- Làm mát căn phòng: Hệ thống sẽ làm mát giúp căn phòng hạ nhiệt, đem lại

không gian thoáng đãng cho căn phòng.

- Giúp các thiết bị nhiệt (bếp ga, lò vi sóng, ...) sau khi nấu nướng duy trì ở nhiệt

độ ổn định tránh gây cháy, nổ.

- Cải thiện mức độ thoải mái, dễ dàng khi làm việc trong những ngày oi bức

- Cải thiện chất lượng không khí: Điều hòa có thể lọc bụi, phấn hoa, chất gây dị

ứng trong môi trường khác và cản trở sự phát triển của nấm mốc bằng cách giảm độ ẩm

trong không khí. Ở những nơi có chất lượng không khí kém, điều hòa không khí có thể

tạo ra một bầu không khí sạch và trong lành hơn.

3.1.2. Công dụng của hệ thống làm mát.

- Làm mát, giúp giảm nhiệt độ căn phòng của bạn.

- Cải thiện chất lượng không khí

- Nhiệt độ thấp hơn làm giảm sự hiện diện côn trùng, hay ký sinh trùng gây bệnh.

- Hệ thống điều hòa sạch sẽ loại bỏ các chất gây dị ứng bên ngoài như oxen.

- Chống say nóng và mất nước.

3.1.3. Cấu tạo của hệ thống làm lạnh.

- Hệ thống làm lạnh gồm 2 phần:

+ Dàn sò nóng lạnh: Sò nóng lạnh gồm mặt nóng và mặt lạnh. Mặt nóng được

tản nhiệt càng cao thì mặt lạnh phả hơi mát càng tốt.

+ Dàn tản nhiệt bằng nước: Tản nhiệt nước được dùng để tản nhiệt mặt nóng cho

con sò

3.1.4. Hệ thống làm mát hoạt động như thế nào?

Khi cấp nguồn, dàn sò sẽ hoạt động phả hơi mát ra ngoài không khí, máy bơm

sẽ bơm nước tuần hoàn đi qua dàn sò và đi vào dàn tản nhiệt nước. Lúc này dàn tản

nhiệt nước hoạt động để tản hơi nước nóng cũng là để tản nhiệt cho mặt nóng của sò ra

ngoài môi trường.

3.1.5. Các tính năng thông minh của hệ thống làm lạnh trên thị trường

- Cảm ứng thông minh tự điều chỉnh nhiệt độ.

- Điều khiển máy lạnh bằng điện thoại.

- Chế độ làm lạnh nhanh: Khi bắt đầu hoạt động, chế độ làm lạnh nhanh cho phép

máy lạnh vận hành với công suất cực đại nhằm nhanh chóng đưa căn phòng đạt nhiệt

độ cài đặt trong thời gian ngắn nhất. Khi độ lạnh đã đạt mức yêu cầu, máy sẽ tự động

quay về chế độ bình thường, tạo cảm giác dễ chịu cho người sử dụng.

3.2. Hệ thống chống cháy

- Hệ thống chống cháy đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với căn bếp - nơi

chứa rất nhiều vật dụng có thể gây cháy như bếp, các ổ điện, thiết bị điện và rất nhiều

vật dễ cháy. Chỉ cần một mồi lửa nhỏ mà không được phát hiện kịp thời thì rất dễ gây

nên hỏa hoạn, gây nguy hiểm cho cả căn nhà, vì vậy hệ thống chống cháy cần phải được

ưu tiên hàng đầu. Trong hệ thống chống cháy này, chúng em đã sử dụng 1 thiết bị cảm

biến khí gas và 1 thiết bị cảm biến nhiệt độ

3.2.1. Cảm biến khí gas

Hình 1 .Cảm biến khí gas

- Thiết bị này sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong không khí

sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy

càng cao thì độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển đổi thành

mức tín hiệu điện.

- Cảm biến có độ nhạy cao với LPG, Propane và Hydrogen, mê-tan (CH4) và hơi

dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

- Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là Analog và Digital, tín hiệu Digital có

thể điều chỉnh mức báo bằng biến trở.

3.2.2. Cảm biến nhiệt độ

Hình 2. Mạch kiểm soát nhiệt độ

- Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng cảm nhận sự biến đổi của các đại lượng vật

lý không có tính chất điện (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…) cần đo thành các đại lượng

(thường mang tính chất điện) có thể đo và xử lý được

- Nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ là dựa trên đặc tính của nguồn nhiệt

tác động đến các yếu tố bên ngoài. Sự thay đổi của các yếu tố bên ngoài đó sẽ được đo

lại và chuyển thành tín hiệu điện truyền vào mạch xử lý tín hiệu. ... Khi nhiệt độ tăng

thì điện trở của bạch kim cũng tăng và ngược lại.

3.3. Hệ thống phun khử khuẩn

Hệ thống phun khử khuẩn hoạt động dựa trên nguyên lý phun sương dung dịch

khử khuẩn. Hệ thống sẽ khử khuẩn, tiêu diệt những ký sinh trùng có hại (ruồi, muỗi,

gián, …) hay một số vi khuẩn gây bệnh. Đồng thời có thể khử mùi, tạo nên một bầu

không khí thoải mái, dễ chịu.

3.3.1. Hệ thống phun khử khuẩn có lợi ích gì?

- Bảo vệ sức khỏe gia đình bạn: Cho dù ở bất cứ đâu bề mặt, đồ vật, sàn nhà hoặc

thậm chí trong không khí xung quanh, các mầm bệnh như virus, vi khuẩn hoặc nấm có

mặt ở khắp mọi nơi. Và là hệ thống miễn dịch của chúng ta có thể chống lại chúng một

cách hiệu quả.

- Đem lại độ vệ sinh thực phẩm: Hệ thống có thể xua đuổi, tiêu diệt những côn

trùng (Ruồi, muỗi, gián,.....) có nguy cơ mang mầm bệnh làm mất vệ sinh, an toàn của

thực phẩm.

- Đem lại bầu không khí thoáng đãng, trong lành của ngôi nhà.

3.3.2. Công dụng của hệ thống khử khuẩn.

-Tiêu diệt vi khuẩn, côn trùng mang mầm bệnh gây hại sức khỏe cho con người

- Tạo các ion lọc không khí, vô hiệu hóa hoạt động của nấm mốc gây mùi khó

chịu

- Loại bỏ virus kể cả là corona virus

3.3.3. Cấu tạo của hệ thống khử khuẩn.

- Khay đựng dung dịch

- Bộ phận tạo hơi nước. Bộ phận tạo hơi nước bao gồm vật liệu dạng màng lưới

bằng chất liệu nhẹ và dai, có khả năng hấp thụ nước tương đối tốt

- Bộ chuyển đổi nguồn

- Quạt tản hơi gió

3.3.4. Hệ thống khử khuẩn hoạt động như thế nào?

- Khi cung cấp vào máy phun sương cùng một điện áp trái dấu, luân phiên theo

một chu kì nào đó thì vật liệu sẽ co dãn theo đúng chu kì của nguồn cấp. Cách này

tương tự như màng loa tạo ra âm thanh. Giao động này tác động lên lớp màng bên trên,

giúp tách các phân tử nước trên bề mặt qua các lỗ hổng của làn sóng khác tần số giữa

tấm màng và nước.

3.3.5. Các tính năng thông minh của hệ thống phun khử khuẩn

- Hoạt động êm ái, êm dịu không gây khó chịu cho người dùng. Khi hoạt động,

máy không tạo ra tiếng ồn mang lại độ yên tĩnh cao, mang đến sự êm ái không gây ảnh

hưởng đến người dùng.

- Tự động ngắt khi hết dung dịch

- Tự động tắt nguồn khi mực nước thấp, đảm bảo an toàn cho người sử dụng

- Chức năng hẹn giờ có thể cài đặt thời gian bật, tắt.

- Điều khiển bằng giọng nói, nút bật cảm ứng nhanh nhạy

- Điều khiển dễ dàng. Kết nối thông minh qua App.

3.4. Một số chế độ hoạt động

3.4.1. Chế độ cảm biến

- Bật tắt qua nút cảm ứng chạm

- Bật tắt tự động qua các module:

+ Cảm biến khí gas

+ Cảm biến nhiệt độ GY-906: đo nhiệt độ phòng bếp hiển thị qua màn oled

+ Mạch W1209 (hệ thống chống cháy): khi nhiệt độ căn phòng có giá trị lớn hơn

hoặc bằng khoảng nhiệt độ đã cài trong mạch (42°C- 50°C), mạch sẽ kích relay để bật

máy bơm, đưa nước ra ngoài ngăn chặn đám cháy

+ Cảm biến từ (hệ thống phun khử khuẩn): Tự động tắt nguồn khi mực nước thấp,

đảm bảo an toàn cho người sử dụng

3.4.2. Trợ lý ảo AI Google Assistant hiểu và nói tiếng Việt

- Trợ lý ảo Google Assistant được tích hợp vào mạch điều khiển cho phép ta thực

hiện các câu lệnh để điều khiển các thiết bị trong nhà bếp một cách dễ dàng, tiện lợi

- Google Assistant là một trợ lý cá nhân ảo, được phát triển bởi Google và giới

thiệu tại hội nghị nhà phát triển của hãng vào tháng 5-2016. Không giống như Google

Now, Google Assistant có thể tham gia các cuộc trò chuyện 2 chiều. Người dùng có thể

tương tác với Google Assistant qua giọng nói tự nhiên, hoặc có thể nhập qua bàn phím.

- Một trong những công nghệ hiện đại thú vị nhất hiện nay là khả năng tương tác,

ra lệnh bằng giọng nói giữa người dùng phổ thông với các thiết bị công nghệ như chiếc

điện thoại thông minh (smartphone) với sự trợ giúp của trợ lý kỹ thuật số.

- Google Assistant là trợ lý kỹ thuật số thừa hưởng trí thông minh nhân tạo (AI),

Máy học (Machine Learning) và khả năng xử lý ngôn ngữ tự nhiên nên hiểu được các

câu lệnh, câu hỏi từ người dùng. Và nay, Google Assistant bắt đầu có thể “hiểu, nghe,

nói” tiếng Việt.

- Bật tắt qua điều khiển bằng giọng nói trong thiết bị

+ Hệ thống làm mát

+ Hệ thống khử khuẩn

+ Đèn

- Bật tắt qua điện thoại

- Cánh gió (hệ thống làm mát): điều khiển qua điện thoại tùy chỉnh nhiệt độ làm

mát từ dàn lạnh.

3.5. Giải pháp tiết kiệm của nhà bếp thông minh

- Nhà bếp thông minh giúp bạn tiết kiệm chi phí sinh hoạt trong gia đình vì

mỗi thiết bị điện đều có mức tiêu thụ điện năng thấp và đồng thời chúng quản lý cực

kỳ hiệu quả những thiết bị điện khác trong căn nhà. Chẳng hạn như các thiết bị điện

trong nhà sẽ tự động tắt nếu phát hiện rò rỉ khí ga, vòi nước tự động phun nước khi

có lửa (cháy), máy lạnh sẽ làm mát căn bếp mà không làm tắt lửa của bếp ga, hơn

nữa không gây tốn điện năng như điều hòa bình thường. Hơn nữa thiết bị có thể tự

động bật mở màn hình giúp người nội trợ có thể giải trí, hay tìm những công thức

nấu ăn trong chính căn bếp của mình.

- Điều này đã mang lại sự tiện lợi và đa dạng chức năng trong một thiết bị

khiến cho căn bếp của mỗi nhà trở nên gọn gàng và đơn giản nhưng cũng không

kém phần sang trọng. Hơn nữa nó còn giúp gia chủ tiết kiệm năng lượng, bảo vệ

môi trường và đặc biệt nâng cao chất lượng cuộc sống.

4. Ý tưởng về giải pháp

- Tìm hiểu các thiết bị thông minh trong nhà bếp

- Chế tạo 01 thiết bị thông minh tích hợp được nhiều tính năng, dễ dàng sử dụng,

tiện lợi cho người nội trợ và tiết kiệm điện.

* Các tính năng của thiết bị tích hợp:

+ Làm mát như một chiếc điều hòa

+ Phun khử khuẩn dưới dạng phun sương.

+ Chống cháy, báo cháy

+ Điều khiển bằng giọng nói

- Với đề tài này giúp học sinh có nhiều kiến thức về mạch arduino, về các thiết

bị, tập thói quen nghiên cứu khoa học phục vụ công việc, có thể ứng dụng rộng rãi

trong thực tế.

5. Giải pháp thực hiện mô hình mẫu

5.1. Kiến thức nền để vận dụng trong quá trình thiết kế hệ thống máy thông

minh trong nhà bếp

- Môn Vật lí; Môn Công nghệ; Môn Toán học; Môn Tin học

- Suốt chiều dài lịch sử, con người đã sáng chế ra hàng nghìn thiết bị nhà bếp để

phục vụ cho ẩm thực. Đơn cử là thời kỳ giao thoa giữa hai thế kỷ 18 và 19, khi khoa

học bắt đầu tìm ra hai nguồn năng lượng là điện và động cơ hơi nước. Các thiết bị nhà

bếp thông minh lúc này mới dần được hình thành. Những nhà khoa học đã chọn gian

bếp làm nơi đầu tiên ứng dụng công nghệ mới. Có thể nhắc đến bếp lò tiết kiệm năng

lượng của Benjamin Thomson. Kiểu lò này được làm bằng sắt và đóng kín hoàn toàn,

có thể sử dụng một ngọn lửa để đun nóng nhiều nồi, từ đó tiết kiệm được tối đa nguồn

nhiên liệu cho người sử dụng.

- Mô hình “Nhà bếp thông minh” hoạt động trên nền tảng Arduino, một nền

tảng lập trình khá mới ở Việt Nam nhưng đã xuất hiện từ năm 2005 ở Ý. Hiện tại có rất

nhiều loại IC điều khiển khác nhau và đa số đều được lập trình trên Ngôn ngữ C/C++

hoặc Assembly (hợp ngữ). Đây chính là lí do nền tảng Arduino được phát triển nhằm

đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử cũng như lập trình trên vi xử lí.

5.2. Nghiên cứu thực nghiệm các loại mạch sử dụng trong dự án.

 Sò nóng - lạnh hay còn gọi là tấm bán dẫn siêu công nghệ hay chip peltier

là cấu kiện bán dẫn có tính chất làm lạnh một mặt mặt còn lại được làm nóng.

Khi nguồn điện năng được cấp cho thiết bị điện đi vào sò nóng lạnh. Tùy thuộc

vào chế độ làm việc của thiết bị làm nóng hay làm lạnh để chuyển mức nhiệt năng

từ mặt nóng sang mặt lạnh để tạo lạnh hoặc ngược lại. Mức nhiệt lượng từ mặt lạnh

được chuyển sang mặt nóng với tổng nhiệt lượng cao. Nhờ vậy, thiết bị có thể thực

hiện làm nóng hoặc làm lạnh.

 Arduino

+ Xây dựng ứng dụng điều khiển thiết bị, giám sát qua máy tính trên nền tảng

web, kết hơp ứng dụng trên Android

+ ESP8266: Điều khiển thiết bị qua wifi

 Raspberry Pi 4

+ Sử dụng trợ lý ảo của Google (Loa Google, Google Asisstant trên Android để

điều khiển thiết bị điện qua Internet)

+ Giới thiệu sử dụng các cảm biến, giao tiếp các cảm biến thông dụng như cảm

biến phát hiện khí gas

 Mạch tạo sương siêu âm

+ Máy phun sương siêu âm là những thiết bị có thể tạo ra sóng siêu âm để phân

tách nước hoặc các hỗn hợp gồm nước với tinh dầu thành các hạt nhỏ li ti rồi “phun” ra

môi trường bên ngoài dưới dạng sương mỏng. Kích thước của máy khá nhỏ gọn, vỏ

ngoài thường được làm nhựa cao cấp có độ bền cao.

Khi nước tiếp xúc với sóng siêu âm sẽ bị phân tách thành hơi nước dạng sương

mù sau đó sẽ được đẩy ra môi trường bên ngoài.

5.3. Sơ đồ khối các hệ thống chính trong máy thông minh

Hình 1. Sơ đồ khối mạch ESP8266

Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống chống cháy

Kết nối wifi

Tín hiệu từ mạch

Raspberry Pi

Tín hiệu từ công tắc

cảm ứng

Bật tắt relay

Kết thúc

Băt đầu

Xử lý tín hiệu

Bắt đầu

Thu thập dữ liệu từ

cảm biến khí gas

Đọc dữ liệu cảm biến khí gas

So sánh

Nếu PMM > 600

Báo động còi cảnh báo

Kết thúc

Nếu

Hình 3. Sơ đồ khối hệ thống phun sương

Bắt đầu

Nếu trong bể chứa có

dung dịch

Nếu trong bể chứa

không có dung dịch

Cảm biến

dung dịch

Hệ thống sẽ bắt đầu

hoạt động

Hệ thống

điều khiển

Hệ thống phun đến khi

hết nước trong bể

Khi ta tắt

hệ thống

Kết thúc

Hình 4. Sơ đồ khối mạch Raspberry Pi điều khiển qua giọng nói

Bắt đầu

Tín hiệu giọng nói được

Raspberry tiếp nhận

Trợ lý AI xử lý

tín hiệu

Nếu trợ lý

chưa hiểu được

yêu cầu

Kết thúc

Nếu trợ lý

đã hiểu

được yêu

cầu

Tín hiệu được truyền

đến các thiết bị

Ta phải nói rõ

yêu cầu của

mình 1 lần nữa

để trợ lý hiểu

Các thiết bị thực

hiện yêu cầu

5.4. Quá trình viết code và nạp code

 Viết code cho mạch Esp 8266:

 Viết code cho mạch cảm biến nhiệt độ GY-906

 Test code

 Chạy hệ điều hành cho mạch Raspberry Pi và test thử

+ Chạy hệ điều hành google assistant cho mạch Raspberry Pi để điều khiển các

hệ thống của máy qua giọng nói.

5.5. Sơ đồ đấu chân.

 Sơ đồ chân của mạch ESP 8266 điều khiển thiết bị qua Wifi

 Sơ đồ chân của cảm biến khí ga

 Sơ đồ chân của mạch cảm biến nhiệt độ phòng hiển thị qua màn hình Oled

 Sơ đồ chân điều khiển cánh gió của hệ thống làm mát

 Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo dao động trong mạch phun sương khử

khuẩn

6. Quy trình thử nghiệm giải pháp

6.1. Sơ đồ thiết kế hệ thống máy thông minh trong nhà bếp

4 IN 1

Bộ phận

làm mát

Bộ phận

tản nhiệt

Hệ thống điều

khiển bằng cơ và

trợ lý AI

Hệ thống

làm mát

3 sò nóng lạnh có

kích thước 4x4 cm

Dàn nóng có kích

thước 30x20 cm

Công tắc

cảm ứng

Mạch

Raspberry

Pi 4

Hệ thống

báo cháy

Hệ thống

phun sương

Mạch phun sương kích

thước 5.5x5.5 cm

Cảm biến gas và

nhiệt độ, máy bơm

6.2. Thiết lập sơ đồ khối và sơ đồ đấu chân

- Thiết lập sơ đồ khối của 4 hệ thống chính trong máy thông minh gồm

 Sơ đồ khối mạch ESP8266 điều khiển thiết bị qua Wifi

 Sơ đồ khối hệ thống chống cháy

 Sơ đồ khối hệ thống phun sương

 Sơ đồ khối mạch Raspberry Pi điều khiển qua giọng nói

- Thiết lập sơ đồ đấu chân bằng phần mềm fritzing

 Sơ đồ chân của mạch ESP 8266 điều khiển thiết bị qua Wifi

 Sơ đồ chân của cảm biến khí ga

 Sơ đồ chân của mạch cảm biến nhiệt độ phòng hiển thị qua màn hình Oled

 Sơ đồ chân điều khiển cánh gió của hệ thống làm mát

 Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo dao động trong mạch phun sương khử khuẩn

6.3. Cài đặt các phần mềm cần thiết

Bước 1. Cài đặt phần mềm Arduino

Bước 2. Tải thư viện cho adruino

Bước 3. Cài các phần mềm dùng cho mạch Raspberry pi

Cài hệ điều hành Raspbian

6.4. Quá trình viết code

 Viết code cho mạch Esp8266

 Viết code cho mạch cảm biến nhiệt độ GY-906

 Viết code cho mạch cảm biến khí ga

 Code điều khiển cánh gió trong hệ thống làm mát

 Test code

 Nạp code vào bo mạch

 Chạy hệ điều hành google assistant cho mạch Raspberry Pi để điều khiển các

hệ thống của máy qua giọng nói.

6.5. Lắp ráp và chạy thử mạch

- Khi bo mạch đã được nạp code và được đảm bảo không có lỗi sai, sau đó sẽ

tiến hành lắp ráp, đấu các phần cứng.

6.6. Mô hình 3D máy thông minh trong nhà bếp

Các chức năng chính của máy

+ Chức năng làm mát như điều hòa (dàn sò nóng lạnh)

+ Chức năng phun sương khử khuẩn

+ Chức năng báo cháy và chống cháy

+ Màn hình cảm ứng để điều khiển các chức năng của máy

+ Màn hình Oled hiển thị nhiệt độ phòng.

6.7. Cách thức sử dụng máy thông minh trong nhà bếp

Bước 1: Bật nguồn cho thiết bị thông minh trong nhà bếp

- Sử dụng nguồn 220V là nguồn cấp

Bước 2: Kích hoạt các hệ thống

- Hệ thống làm mát

+ Điều khiển qua công tắc cảm ứng (thao tác chạm)

+ Điều khiển bằng giọng nói (mic)

+ Điều khiển cánh gió qua điện thoại để tùy chỉnh nhiệt độ làm mát

- Hệ thống khử khuẩn

+ Điều khiển qua công tắc cảm ứng (thao tác chạm)

+ Điều khiển bằng giọng nói (mic)

+ Tự động ngắt khi hết dung dịch

- Hệ thống chống cháy

+ Tự động bật hệ thống khi nhiệt độ trong phòng bếp từ (42°C-50°C)

Bước 3: Cách hoạt động của hệ thống

- Hệ thống làm mát

+ Dàn mát sẽ hoạt động làm mát, giúp giảm nhiệt độ căn phòng của bạn

+ Dàn tản nhiệt cũng hoạt động để tản nhiệt cho dàn lạnh (dàn sò), tản nhiệt càng

tốt thì độ làm lạnh của dàn sò càng cao.

+ Ở đây chúng em lắp thêm một thanh nhôm tiếp xúc với bề mặt của 3 con sò

giúp làm tăng diện tích làm mát của sò, và hệ thống 3 quạt hút khí dùng để hút khí

mát từ sò ra ngoài không khí.

Nguồn cung cấp cho hệ thống điều hòa (làm mát) của máy là nguồn được nối

trực tiếp với điện lưới 220V được hạ áp xuống còn 12V- 400W

Hệ thống tản nhiệt ở đây chúng em chọn là tản nhiệt nước gồm có

+ Bình chứa nước: Được bơm trực tiếp vào đầu sò nóng lạnh bằng máy bơm

220V – 30W. Từ sò nóng lạnh nước được dẫn qua dàn nhôm tản nhiệt (tủ lạnh) để tản

nhiệt ra ngoài môi trường. Từ đây hệ thống quạt làm mát dàn nhôm giúp cho nước

mát hơn và quay lại bình chứa chạy một vòng tuần hoàn bơm trở lại dàn sò nóng lạnh.

Ở phía dưới khí lạnh thoát ra có cánh gió để điều chỉnh hướng gió và lượng gió

thoát ra ngoài, được điều khiển bởi động cơ servo thông qua giọng nói.

- Hệ thống khử khuẩn

+ Mạch tạo sương khi hoạt động sẽ chuyển đổi dung dịch thành dạng hơi sương

và đưa ra ngoài không khí

+ Dung dịch đó sẽ tiêu diệt vi khuẩn, côn trùng mang mầm bệnh gây hại sức khỏe

cho con người

- Hệ thống chống cháy và chữa cháy

+ Khi nhiệt độ trong phòng (42°C-50°C), máy bơm sẽ hoạt động đưa nước ra

ngoài để dập tắt các đám cháy

+ Hệ thống hút mùi cũng sẽ hoạt động để hút các khí gas rò rỉ

7. Tính khả thi của giải pháp

7.1. Kết quả thử nghiệm

Bước 1- Tiến hành cấp nguồn cho máy thông minh, lấy từ nguồn điện 220V

Bước 2- Chạy thử các chức năng, hệ thống của máy.

Đồng hồ đo nhiệt độ làm mát của sò nóng lạnh test thấy nhiệt độ có thể xuống đến

-1,10C, và còn có thể xuống thấp hơn nữa.

(lượng sương được phun ra khá tốt)

Sử dụng hệ thống phun khử khuẩn

Cảm biến khí ga

Cảm biến nhiệt độ khi có cháy

Bật tắt bằng nút cảm ứng chạm

Bật tắt bằng hệ thống điều khiển bằng

giọng nói

 Các tính năng của sản phẩm hoạt động khá tốt

7.2. Đánh giá sản phẩm

a. Hệ thống báo cháy tự động

Ưu điểm: + Thiết bị đã nhận diện được khí ga

+ Khi khí ga rò rỉ, hệ thống cảm biến sẽ được kích hoạt và còi sẽ hú

báo động cho con người biết

+ Điều kiện thử nghiệm: trong không gian phòng bếp tầm 3-5m2

+ Kết quả thu được về độ nhạy của cảm biến: 9/10

Nhược điểm: + Khi không có cháy mà trời chỉ nóng thì cảm biến nhiệt đã báo.

b. Hệ thống làm mát

Ưu điểm: + Sò hoạt động tốt, tạo khí mát đều

+ Điều kiện thử nghiệm: Làm mát trong phạm vi 1m2 dành cho người

làm bếp

+ Đặc tính kỹ thuật và phạm vi sử dụng của sản phẩm: Với hệ thống

làm mát chạy bằng 3 con sò nóng lạnh được nhóm thiết kế bằng 2 dàn nóng và lạnh

với hệ thống tản nhiệt nước tuần hoàn, nên sò được làm mát nhanh. Khí mát được hút

và đẩy ra ngoài về phía người làm bếp nhờ hệ thống quạt hút gắn với cánh gió nên

trong phạm vi khảo sát, người nội trợ sẽ thấy thoải mái khi nấu nướng mà không sợ

làm tắt bếp.

+ Kết quả thu được: Trong điều kiện thử nghiệm, hệ thống đạt 8/10

các chỉ tiêu đặt ra.

Nhược điểm: + Hệ thống chỉ có 3 con sò nóng lạnh nên mức độ làm mát chỉ

giới hạn trong phạm vi hẹp.

c. Hệ thống phun sương khử khuẩn

Ưu điểm: + Mạch tạo sương tốt

+ Điều kiện thử nghiệm: trong phạm vi 1m2 dành cho người làm bếp

+ Kết quả thu được: Trong điều kiện thử nghiệm, hệ thống đạt 8/10

các chỉ tiêu đặt ra.

Nhược điểm: bình đựng dung dịch phun hơi bé nên phạm vi tác dụng còn hẹp.

7.3. Tính ưu việt

- Hiện nay trên thị trường, hầu như chưa có một loại máy thông minh trong nhà

bếp nào khả thi để triển khai đại trà ở cả Việt Nam lẫn trên thế giới. Đã có những dự án

khởi đầu cho sự hiện đại hóa căn bếp này nhưng tất cả đều rất khó để triển khai do nhiều

hạn chế như : Chi phí quá đắt đỏ, khó lắp đặt thi công và hạn chế lớn nhất là do quan

niệm của con người chúng ta đã lâu nay chỉ quen sử dụng các thiết bị trong căn bếp với

những phím ON/OFF hoặc các núm vặn thông thường . Trong khi đó, công việc nội trợ

đối với mỗi người là công việc không hề đơn giản và rất cần có sự trợ giúp của công

nghệ, khoa học kĩ thuật để giúp công việc nội trợ trở nên dễ dàng, tiện lợi và an toàn

hơn.

- Trong đề tài máy thông minh trong nhà bếp này, chúng em đã nghiên cứu về

tính ưu việt của board mạch mạch ESP 8266 có thể kết nối với mạch Raspberry Pi thông

qua wifi hoặc 4G có thể

+ Tích hợp trợ lý ảo Google Assistant, giúp ta có thể điều khiển các thiết bị bằng

giọng nói.

+ Điều khiển các thiết bị thông qua wifi.

- Ngoài ra, đề tài này chúng em còn nghiên cứu về tính năng và công dụng của

“Sò nóng lạnh” một thiết bị được dùng để chế tạo máy điều hòa mini hiện nay đang bán

trên thị trường vào trong hệ thống làm mát của máy thông minh. Việc đưa ra hệ thống

làm mát trong nhà bếp là một điều khá mới và hữu dụng với những căn bếp thông minh

trong thời đại công nghệ hiện nay.

- Kích thước của máy chỉ tương đương như một chiếc điều hòa 9000BTU nên

đảm bảo tính thẩm mỹ và gọn gàng cho căn bếp của bạn.

Công suất của máy thông minh trong

đề tài

Công suất của máy (điều hòa, hút

mùi) trên thị trường

Hệ thống làm mát bằng 3 con

sò nóng lạnh

300 W

quạt hút máy bơm

100W

Hệ thống hút mùi: Quạt, màn

hình, đèn

15 W

Hệ thống chống cháy: Máy

bơm

65W

Hệ thống phun sương

30W

Tổng công suất của 4 hệ

thống trong thiết bị khoảng

510W

- Hiện nay trên thị trường công suất tiêu

thụ điện của điều hòa 9000BTU từ 0,9 ~

1kW (tính cả đầu nén và quạt mặt lạnh)

Công suất của thiết bị này khoảng:

1150W

Bài toán đặt ra: Nếu sử dụng thiết bị này mỗi ngày 2 giờ, thì sau 1 tháng (30 ngày)

tiền điện phải trả sẽ là bao nhiêu? Biết 1 số điện theo giá thị trường năm 2022 là

Bậc 1: Từ 0-50kWh: 1.678 đồng/kWh (giá cũ là 1.549 đồng/kWh).

Bậc 2: Từ 51 – 100 kWh: 1.734 đồng/kWh (giá cũ là 1.600 đồng/kWh).

Điện năng tiêu thụ của máy là:

A= P.t = 510.2.30.10-3=30,6 kWh

 Tiền điện phải trả là

T1 = 30,6. 1.678 = 51.346,8 đồng

Điện năng tiêu thụ của điều hòa trên là:

A= P.t = 1150.2.30.10-3= 69 kWh

 Tiền điện phải trả là

T2 = 50. 1.678 + 19. 1.734

= 116.846 đồng

Vậy số tiền tiết kiệm được khi dùng thiết bị trên sẽ là:

T’ = T2 – T1 = 116.846 – 51.346,8 = 65.499,2 đồng

Vậy với bài toán tính tiền điện ta thấy thiết bị trong đề tài xây dựng có khả năng tiết

kiệm điện, tiết kiệm chi phí cho người sử dụng đến một nửa giá thị trường

- Hơn nữa ngoài 2 hệ thống làm mát và hút mùi, máy thông minh còn mang đến hệ

thống phun sương khử khuẩn, và hệ thống chống cháy rất tiện ích với chức năng điều

khiển bằng cảm ứng hoặc bằng giọng nói. Điều này đã mang đến sự trải nghiệm tuyệt

vời cho những người nội trợ cùng căn bếp thông minh của mình.

7.4. Kết luận

- Đề tài hướng đến việc nghiên cứu và phát triển căn bếp của mỗi gia đình trong

thời đại công nghệ 4.0 để khắc phục, giải quyết những vấn đề về sự cồng kềnh của các

thiết bị riêng lẻ, đồng thời xoay quanh nền tảng công nghệ là các bo mạch Arduino,

Esp8266 và Rasberry Pi, đi cùng là 3 lĩnh vực chính: công nghệ, tin học và vật lí được

tìm hiểu song hành giữa kiến thức phổ thông và kiến thức bên ngoài.

+ Về khía cạnh tin học, ngôn ngữ lập trình adruino là ngôn ngữ chính để lập trình

các bo mạch. Các bo mạch này liên kết với máy tính và nạp code thông qua phần mềm

Arduino IDE.

+ Về khía cạnh vật lí được thể hiện phần lớn qua cách xử lí mạch điện, lắp đặt

các hệ thống như phun sương, relay đóng mở màn hình, cách hàn điện, đấu dây và cách

lắp đặt sao cho đơn giản, tiện ích.

+ Khía cạnh công nghệ là vẽ bản vẽ kĩ thuật cho căn bếp. Bếp là nơi quây quần,

sinh hoạt hằng ngày của mỗi gia đình, nên dự án muốn giúp căn bếp trở nên tiện nghi

hơn với những món đồ tiện ích, hiện đại. Đồng thời nâng cao chất lượng cuộc sống của

con người.

- Mô hình thiết bị thông minh trong căn bếp đã và đang là xu thế trong công cuộc

cách mạng công nghiệp 4.0 bùng nổ. Việc đưa các thiết bị thông minh gắn với căn bếp

không còn là vấn đề xa xôi, khó thực hiện nữa mà bây giờ là các thiết bị này sử dụng

thông minh như thế nào sẽ là những câu hỏi đặt ra cho người sử dụng.

- Một điểm nổi bật ở thiết bị thông minh mà rất nhiều khách hàng yêu thích là

tính năng tiết kiệm năng lượng. Tính năng điều khiển thông minh vô cùng hữu ích và

đa dạng thông qua điều khiển đơn giản bằng giọng nói với Google Assistant …

- Đề tài của chúng em đã mang đến những lợi ích cho một căn bếp với những

công năng cơ bản đáp ứng được nhu cầu của người nội trợ. Nếu sản phẩm này được sử

dụng rộng rãi sẽ mang lại nhiều sự tiện lợi cho người sử dụng cũng như tiết kiệm chi

phí, tiết kiệm thời gian, nâng cao chất lượng đời sống.

“Hãy thiết kế nhà bếp theo phong cách của bạn”

8. Kế hoạch tài chính dự kiến

Tên vật liệu

Số lượng

Giá thành

Tổng

Mạch tạo hơi sương

140

Sò nóng lạnh

120

360

Quạt hút 12x12

200

Quạt hút 5x5

Cảm biến khí ga

Máy bơm nước chìm tuần hoàn

155

Tấm nhôm tản nhiệt nước

150

Máy bơm nước tăng áp

130

Nguồn tổ ong (34A)

200

Công tắc cảm ứng

Relay 5V

100

ESP 8266

Thẻ nhớ 32GB

180

Loa ( cặp )

Mạch tăng âm ly

250

Quạt hút 4x4

Đèn LED 2m

Mạch arduino uno

140

Cảm biến nhiệt độ GY-906

250

Màn hình hiển thị 128x64 Oled

Vỏ điều hòa

200

Dàn nhôm tản nhiệt

200

Ống dẫn nước

Đầu nối ống

Mạch kiểm soát nhiệt độ

Đồng hồ đo nhiệt độ

Keo tản nhiệt

Phích cắm điện

Chiết áp 50k

Transistor

Tấm khung mica

480

Tấm xốp fomex

250

Keo nến, 502, thiếc, nhựa thông

Dây điện 5m

Tổng

4226

9. Kế hoạch triển khai thực hiện dự án

STT

Tên công việc

Người thực hiện

Ghi chú

Lên ý tưởng

Minh, Sơn

Lên danh sách linh kiện

Minh, Sơn

Cài đặt các phần mềm cần thiết

Minh, Sơn

Hoàn thành

Viết chương trình Arduino cảm biến

nhiệt độ, khí ga

Minh

Viết chương trình mạch Raspberry

Minh

Hoàn thành

Viết module ESP 8266

Sơn

Lắp ráp công tắc cảm ứng

Sơn

Lăp ráp hệ thống làm mát

Minh, Sơn

Hoàn thành

Lăp ráp hệ thống các thiết bị, đấu dây

Minh, Sơn

Hoàn thành

Lắp ráp hệ thống phun sương

Minh, Sơn

Hoàn thành

Lắp ráp hệ thống báo cháy

Minh, Sơn

Thiết kế mô hình máy thông minh

Minh

Lắp ráp khung máy

Sơn

Hoàn thành

Gắn các linh kiện lên máy: đèn, quạt,

các module cảm biến, công tắc cảm

ứng ….

Minh, Sơn

Hoàn thành

Lắp ráp các thiết bị vào máy

Minh, Sơn

Test thử mạch, hệ thống làm mát,

quạt, cảm biến, phun sương ….

Minh, Sơn

Gặp nhiều lỗi về

phun sương,

chạy dây sai,

điều khiển giọng

nói, …

Test thử mạch, hệ thống phun sương,

tản nhiệt trong mạch nóng lạnh, cảm

biến khí ga, báo cháy, cảm biến nhiệt

độ phòng ….

Minh, Sơn

Thành công

Test thử mạch, hệ thống làm mát,

cảm biến khí ga, báo cháy, phun

sương khử khuẩn, cảm biến nhiệt độ

phòng, điều khiển qua giọng nói bằng

trợ lý google, các công tắc cảm ứng

….

Minh, Sơn

Thành công

Chỉnh sửa báo cáo, và trang trí sản

phẩm

Minh, Sơn

Làm video về sản phẩm

Minh, Sơn

Hoàn thành báo cáo và sản phẩm

Minh, Sơn

10. Phụ lục

10.1. Mô hình 3D máy thông minh trong nhà bếp

Các chức năng chính của máy

+ Chức năng làm mát như điều hòa (dàn sò nóng lạnh)

+ Chức năng phun sương khử khuẩn

+ Chức năng báo cháy và chống cháy

+ Màn hình cảm ứng để điều khiển các chức năng của máy

+ Màn hình Oled hiển thị nhiệt độ phòng.

10.2. Dựng mô hình máy thông minh trong nhà bếp

Cắt tấm fomex làm khung tản nhiệt

Khung máy chính

Tản nhiệt

Hệ thống làm mát

Hệ thống quạt tản nhiệt

Hệ thống phun sương

10.3. Lắp ráp thiết bị lên máy thông minh trong nhà bếp

Hệ thống làm mát

Hệ thống nguồn nuôi mạch

Lắp dàn sò lạnh

Lắp hộp nóng

Lắp servo cánh gió trong hệ thống làm

mát

Lắp mạch ESP266 và relay 4 cổng điều

khiển hệ thống qua giọng nói

Lắp động cơ

Lắp mạch adruino

(Cảm biến nhiệt độ phòng)

Hệ thống phun khử khuẩn

Lắp mạch tạo sương siêu âm

Lắp hộp phun sương

Lắp đường ống phun sương

Phun sương hoàn chỉnh

Hệ thống báo cháy

10.4. Hoàn thiện sản phẩm

KẾT QUẢ PHIẾU KHẢO SÁT VỀ NHU CẦU

SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG NHÀ BẾP

Link form: https://tinyurl.com/yc64hf5e

1. Bạn đã và đang sử dụng những thiết bị nào trong căn bếp?

2. Bạn thấy hệ thống hút mùi có cần thiết trong căn bếp không?

3. Bạn thấy hệ thống làm mát (điều hòa) có cần thiết cho căn bếp không?

4. Bạn thấy hệ thống khử khuẩn có cần thiết cho căn bếp không?

5. Bạn thấy hệ thống chống cháy và chữa cháy có cần thiết cho căn bếp không?

6. Bạn đang điều khiển những thiết bị trên bằng cách nào?

7. Bạn có muốn một thiết bị làm mát, hạ nhiệt, giống như một chiếc điều hòa đem lại

không gian thoáng mát cho phòng bếp không?

8. Bạn có muốn một thiết bị tiêu diệt vi khuẩn, côn trùng trong căn phòng bảo vệ sức

khỏe con người không?

9. Bạn có muốn một thiết bị cảnh báo, ngăn chặn đám cháy trong phòng bếp, giúp

giảm thiểu về thiệt hại không?

10. Bạn muốn có một chiếc máy hút mùi tự động trong căn bếp của mình không?

11. Bạn thấy thế nào về một chiếc MÁY THÔNG MINH tích hợp cả 4 hệ thống trên

trong căn bếp của mình?

12. Bạn đã từng sử dụng những thiết bị trên nhưng điều khiển tự động hoặc bằng

giọng nói hay chưa?

13. Các thiết bị hoạt động thông qua điều khiển thông thường mà bạn từng sử dụng có

thể tích hợp được nhiều thiết bị khác không? (Ví dụ: Điều khiển của điều hòa có thể

điều khiển được đèn, quạt, máy hút mùi ...)

14. Bạn có nhu cầu sử dụng những sản phẩm điều khiển tích hợp nhiều thiết bị

không?

15. Bạn có muốn căn bếp của mình trở nên phong phú, thông minh hơn về mặt công

nghệ và sự tiện ích không?

16. Bạn có muốn điều khiển các hệ thống, chức năng trên của thiết bị MÁY THÔNG

MINH TRONG NHÀ BẾP thông qua giọng nói, đồng thời cũng có thể qua công tắc

cảm ứng không?

17. Nếu có 1 MÁY THÔNG MINH trong nhà bếp tích hợp được cả 4 tính năng: Hút

mùi, Làm mát, Phun khử khuẩn, báo cháy và chống cháy vừa có thể điều khiển bằng

cơ, vừa điều khiển tự động thông qua giọng nói trên thị trường với giá thành hợp lý,

bạn sẽ sử dụng chúng chứ?

18. Bạn có thể góp ý thêm để sản phẩm "Thiết bị thông minh trong nhà bếp" của

chúng tôi được hoàn thiện hơn!

- Về công dụng của máy

- Về các chức năng chính của máy

- Về hệ thống điều khiển của máy